(57)【要約】    【課題】  ボンディングツールに半導体チップを吸着し、そのバンプをインターポーザ基板上の電極と超音波溶着によって接合させるフリップチップボンダにおいて、半導体チップあるいはボンディングツールの振幅を簡易的にしかも生産現場で容易に測定できるようにする。    【解決手段】  フリップチップボンダのステージ２０上に、通常のインターポーザ基板に代えて、表面にアルミニウムの蒸着膜２２が形成されたインターポーザ基板２１を配置し、ボンディングツール２５によって半導体チップ２６を吸着してその金バンプ２７をインターポーザ基板２１の蒸着膜２２に押付けて振動を与える。このときにインターポーザ基板２１の蒸着膜２２に形成される傷３２によって半導体チップ２６あるいはボンディングツール２５の振幅の測定を行なう。    【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを有する半導体チップを吸着し、インターポーザ基板に押付けて振動を与えながら接合するボンディングツールの振動の振幅を測定する振幅測定方法において、
前記ボンディングツールによって半導体チップが押付けられる基板の少なくとも表面の部分を前記バンプよりも柔らかい材料から構成し、前記ボンディングツールによって前記半導体チップが振動すると、前記基板の表面に前記バンプによって振幅に応じた傷が発生するようにし、該傷によって振幅を測定することを特徴とするボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項２】
前記ボンディングツールによって半導体チップが押付けられる基板が、シリコンウエーハから成るシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項３】
前記基板の表面にアルミニウムの膜が形成され、該膜に対するバンプによる傷から振幅測定を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項４】
半導体チップのバンプが、前記基板の表面よりも硬い材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項５】
前記半導体チップのバンプが、銅またはニッケルから構成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項６】
前記ボンディングツールによって前記半導体チップを基板に対して押付けながら振動させるときに、前記ボンディングツールと前記半導体チップとの間に滑りを生じ、この滑りを含めた振動に相当する傷を前記基板の表面に形成することを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項７】
前記ボンディングツールに対して前記半導体チップが振動方向に滑りを生じないように、固定手段を介して前記半導体チップが前記ボンディングツールに固定され、前記ボンディングツールの振動に相当する傷を前記基板の表面に形成することを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【請求項８】
前記固定手段が、前記ボンディングツールの前記半導体チップの吸着面に設けられたチップ固定ピンであることを特徴とする請求項１に記載のボンディングツールの振幅測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボンディングツールの振幅測定方法に係り、とくにバンプを有する半導体チップを吸着し、インターポーザ基板に押付けて振動を与えながら接合するボンディングツールの振動の振幅を測定する振幅測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体装置は、シリコンウエーハから成りかつ所定の回路を形成した半導体チップを、リードフレームあるいはインターポーザ基板上に載置する。このときに半導体チップの電極が上面に露出するようにする。そして上記半導体チップの電極とリードフレームのリードあるいはインターポーザ基板の電極とを、ワイヤボンディング等によって接続する。そしてこの後に必要に応じて、封止樹脂によってモールドを行なうことによって、半導体装置が得られる。
【０００３】
半導体装置の小型化の要請に伴なって、リードフレームに代えて、インターポーザ基板が広く用いられるようになっており、インターポーザ基板に半導体チップを搭載し、このインターポーザ基板を回路基板あるいはマザーボード上に実装して回路を形成するようにしている。ここでインターポーザ基板上に半導体チップを配する際に、この半導体チップの電極を上面に向けて、ワイヤボンディングによって接続を行なうと、インターポーザ基板の電極が半導体チップの搭載領域の外側に位置する。従ってインターポーザ基板の寸法が大きくなり、回路の小型化が妨げられる。
【０００４】
そこでフリップチップボンディングが行なわれる。フリップチップボンディングは、半導体チップの電極に当たるバンプを予め半導体チップの表面に形成しておき、バンプが形成されている面をインターポーザ基板と接するように半導体チップをひっくり返してインターポーザ基板上に配する。そして半導体チップに対して超音波振動を与えることによって、上記バンプとインターポーザ基板の電極とを摩擦熱で接合し、電気的な接触を達成するようにしている。このような構成によると、インターポーザ基板上における半導体チップと接続される電極が、半導体チップの実装領域の内側に形成され、このためにインターポーザ基板の寸法を小さくすることが可能になり、このためにマザーボード上における半導体装置の占める面積が小さくなって高密度実装が可能になる。
【０００５】
図４は、従来のこのようなフリップチップボンダを示しており、ボンディングツール１の下面に半導体チップ２が吸着保持される。半導体チップ２の下面には金メッキ層３を介して金バンプ４が形成される。金バンプ４がこの半導体チップ２の電極になっている。これに対して下側のステージ５上にはインターポーザ基板６が配される。インターポーザ基板６には、上記半導体チップ２の金バンプ４と接続される電極７が予め形成されている。
【０００６】
半導体チップ２の金バンプ４をインターポーザ基板６の電極７に接続する場合には、ボンディングツール１によって半導体チップ２をインターポーザ基板６に押付けるとともに、このボンディングツール１を横方向に超音波振動させる。すると半導体チップ２の金バンプ４とインターポーザ基板６の電極７とが互いに超音波溶着され、両者の電気的な接続が達成される。
【０００７】
このような超音波振動を用いたフリップチップボンディングにおいては、上記ボンディングツール１の相対振幅測定を行なう必要がある。すなわち金バンプ４がインターポーザ基板６に対してどの程度の幅をもって振動しているかを予め測定することを要する。とくに半導体チップ２の金バンプ４の配置のピッチが小さくなったり、あるいはまたインターポーザ基板６の電極７間の寸法が狭くなった場合には、ボンディングツール１の振幅を正しく規制しておかないと、ブリッジ等の原因になり、これによって回路が不良品になる可能性がある。
【０００８】
そこで従来は、図４に示すようにボンディングツール１に保持されている半導体チップ２に対して振動方向側方からレーザ光１１を照射し、これに対してインターポーザ基板６については、同じく振動方向側方からレーザ光１２を照射するレーザドップラー振動計を用いている。このレーザドップラー振動計のレーザ光１１は、半導体チップ２の振動に応じて、反射光が振幅変調される。すなわちレーザ光１１の照射方向に半導体チップ２が移動している場合には、反射されるレーザ光の波長が長くなる。これに対して半導体チップ２がレーザ光１１と対向する方向に移動すると、反射されるレーザ光１１の振幅が小さくなる。インターポーザ基板６に照射されるレーザ光１２についても同様のことが言える。なお実際には、インターポーザ基板６はほとんど動かないために、レーザ光１２は実質的に振幅変調を受けない。従って半導体チップ２に照射されたレーザ光１１の振幅の変調の度合いから、半導体チップ２の振幅を測定することができる。
【０００９】
ところが図４に示すようなレーザドップラー振動計は、複雑であって大規模な装置である。しかもこの装置は高価であるために、フリップチップボンダに総て備えるようにすると、フリップチップボンダが非常に高価になるとともに、その操作も面倒になる。またレーザドップラー振動計は、生産現場でのボンディングツール１の振幅の測定等の生産管理に頻繁に使うには不適当な測定方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明の課題は、レーザドップラー振動計のような複雑で高価な振動計を用いることなく、しかもボンディングツールの振幅を確実に測定できるようにした振幅測定方法を提供することである。
【００１１】
本願発明の別の課題は、フリップチップボンダのボンディングツールの振幅を、簡易的にかつ正確に測定することができる振幅測定方法を提供することである。
【００１２】
本願発明のさらに別の課題は、半導体チップをインターポーザ基板に実装する実際の製造現場において、ボンディングツールの振幅を簡易的に測定することが可能な振幅測定方法を提供することである。
【００１３】
本願発明のさらに別の課題は、ボンディングツールによって振動される半導体チップの振幅を測定することができる振幅測定方法を提供することである。
【００１４】
本願発明のさらに別の課題は、半導体チップとボンディングツールとの間のスリップを考慮することなく、ボンディングツールそれ自身の振幅を正確に測定することができる振幅測定方法を提供することである。
【００１５】
本願発明のさらに別の課題は、フリップチップボンダにおけるボンディングツールの振幅の管理を、容易にかつ生産現場で実施できる振幅測定方法を提供することである。
【００１６】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされよう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願の主要な発明は、バンプを有する半導体チップを吸着し、インターポーザ基板に押付けて振動を与えながら接合するボンディングツールの振動の振幅を測定する振幅測定方法において、
前記ボンディングツールによって半導体チップが押付けられる基板の少なくとも表面の部分を前記バンプよりも柔らかい材料から構成し、前記ボンディングツールによって前記半導体チップが振動すると、前記基板の表面に前記バンプによって振幅に応じた傷が発生するようにし、該傷によって振幅を測定することを特徴とするボンディングツールの振幅測定方法に関するものである。
【００１８】
ここで、前記ボンディングツールによって半導体チップが押付けられる基板が、シリコンウエーハから成るシリコン基板であってよい。また前記基板の表面にアルミニウムの膜が形成され、該膜に対するバンプによる傷から振幅測定を行なってよい。また前記半導体チップのバンプが、前記基板の表面よりも硬い材料から構成されてよい。また前記半導体チップのバンプが、銅またはニッケルから構成されてよい。
【００１９】
また前記ボンディングツールによって前記半導体チップを基板に対して押付けながら振動させるときに、前記ボンディングツールと前記半導体チップとの間に滑りを生じ、この滑りを含めた振動に相当する傷を前記基板の表面に形成してよい。あるいはまた前記ボンディングツールに対して前記半導体チップが振動方向に滑りを生じないように、固定手段を介して前記半導体チップが前記ボンディングツールに固定され、前記ボンディングツールの振動に相当する傷を前記基板の表面に形成してよい。また前記固定手段が、前記ボンディングツールの前記半導体チップの吸着面に設けられたチップ固定ピンであってよい。
【００２０】
本願発明の好ましい態様は、ボンダ単体で、簡易的に生産現場等でボンディングツールの振幅を測定する測定方法に係り、バンプ付きの半導体チップと、アルミニウム等の柔らかい膜の付いたインターポーザ基板とをボンダに設置することによって、簡易的にボンディングツールの振幅や、バンプ付きチップの振幅を測定するものである。
【００２１】
このような構成によると、高価で複雑なレーザドップラー振動計のような専用の測定器を用いることなく、ボンダ単体で、簡易的に実際のボンディング時のチップの振幅や、ボンディングツールそのものの振幅を測定することができる。従ってボンディング条件の管理を、容易に生産現場等で実施することが可能になり、これによって半導体装置の不良品の発生を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
本願の主要な発明は、バンプを有する半導体チップを吸着し、インターポーザ基板に押付けて振動を与えながら接合するボンディングツールの振動の振幅を測定する振幅測定方法において、ボンディングツールによって半導体チップが押付けられる基板の少なくとも表面の部分を前記バンプよりも柔らかい材料から構成し、ボンディングツールによって半導体チップが振動すると、基板の表面にバンプによって振幅に応じた傷が発生するようにし、該傷によって振幅を測定するようにしたものである。
【００２３】
従ってこのようなボンディングツールの振幅測定方法によると、ボンディングツールによって半導体チップを振動させた場合に、基板の表面であって柔らかい材料から構成された部分に、バンプによって振幅に応じた傷が発生するようになり、この傷を測定することによって振幅を知ることが可能になる。従ってレーザドップラー振動計のような専用のかつ複雑で高価な振動計を用いることなく、簡易的にボンディングツールあるいは半導体チップのバンプの振幅を測定できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態に係るフリップチップボンダにおける、ボンディングツール２５の振幅測定のための構成を示している。まずフリップチップボンダの概略を説明すると、このフリップチップボンダは、ステージ２０を備え、このステージ２０上にインターポーザ基板２１を載置するようになっている。なおここでインターポーザ基板としては、例えばシリコン基板が用いられる。なおシリコン基板に代えて、セラミック基板やガラスエポキシ基板、あるいは有機インターポーザ等のような基板が用いられる。インターポーザ基板２１としては、実際に半導体チップを実装する基板と同一の材料から成る基板材料を用いることが好ましい。そしてこのようなインターポーザ基板２１の表面には、例えばアルミニウムによって蒸着膜２２が形成される。蒸着膜２２は、例えば数μの厚さに形成しておけばよい。
【００２５】
これに対して上側に位置するボンディングツール２５にはその下面に半導体チップ２６が吸着保持される。ここで半導体チップ２６はその下面であってインターポーザ基板２１と対向する面に電極を構成する金バンプ２７が、図示を省略した金メッキ層を介して形成されており、この金バンプ２７をインターポーザ基板２１の電極と接続させることによって、半導体装置を形成するものである。
【００２６】
このように本実施の形態においては、図１に示すように、バンプ２７を有する半導体チップ２６がボンディングツール２５の下面に吸着され、ボンディングツール２５のチップ吸着面とバンプ付きチップ２６の裏面とが接触されている状態において、半導体チップ２６の振幅の測定が行なわれる。
【００２７】
ここでボンディングツール２５に保持されている半導体チップには、銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等のように、ステージ側のシリコン基板２１上に付いた蒸着膜２２よりは硬めのバンプ２７を形成しておく。これに対してステージ２０側には、シリコン基板２１の表面にアルミニウム（Ａｌ）のようなバンプ２７の材料よりも柔らかい材料を用いて薄膜を例えば１μ位に形成したものを設置固定しておく。すなわち通常のボンディングを行なう場合のインターポーザ基板に代えて、蒸着膜２２を形成したインターポーザ基板２１をステージ２０上に載置しておく。
【００２８】
この後ステージ２０上のアルミニウムの蒸着膜２２の付いたインターポーザ基板２１に、銅やニッケルのバンプ２７が付いた半導体チップ２６を、通常実施しているボンディング条件で押付ける。加重は、例えば０．０１〜５０ｇｆ／Ｂｕｍｐの程度の圧力である。またボンディング温度としては、溶融接合か、拡散接合かによって相違し、またバンプ金属等によっても変化するが、通常１５０〜３００℃位の温度に設定するのが好適である。そして上記の加重および加熱条件でボンディングツール２５によって、半導体チップ２６をインターポーザ基板２１に押付けながら、ボンディングツール２５によって超音波振動やスクラブ振動を加える。なおここでスクラブとは、超音波領域以下の数Ｈｚ〜数ＫＨｚ程度の振動を言う。
【００２９】
このような振動を加えた後に、半導体チップ２６を吸着したボンディングツール２５を上方に移動させ、蒸着膜２２が付いたインターポーザ基板２１を取出す。インターポーザ基板２１の表面の柔らかい蒸着膜２２には、ボンディング時の条件で付いたスクラブや超音波振動による振幅をもった傷が生ずる（図２参照）。従ってこの傷の振幅方向の長さを測定することによって、振幅を知ることができる。なおここで傷３２による振幅は、ボンディングツール２５に加えた振幅ではなく、ボンディングツール２５と半導体チップ２６との間の滑りをも含んだ実際の半導体チップ２６の振動の振幅を示している。
【００３０】
この後に傷３２が形成されたインターポーザ基板２１の蒸着膜２２の表面をＳＥＭ等で観察することによって、実際のボンディングツール２５とバンプ２７を有する半導体チップ２６との間の滑りをも含めたボンディング時の振動量を簡易的に測定することができる。
【００３１】
次に別の実施の形態を図３によって説明する。上記実施の形態は、ボンディングツール２５と半導体チップ２６との間の滑りをも含めた振幅を測定しているが、図３に示す形態は、ボンディングツール２５の振幅そのものを測定するものである。すなわちボンディングツール２５の振幅そのものを測定して、装置の安定化を確認する場合には、ボンディングツール２５に半導体チップ２６のサイズに合わせたチップ固定ピン３０を取付けることによって、ボンディングツール２５と半導体チップ２６の裏面との間の相対的な滑りが無くなる。従ってボンディングツール２５の振幅そのものを半導体チップ２６のバンプ２７の振動から測定できる。これによって、実際の半導体チップ２６を吸着した状態での管理ではなく、このボンディング装置のボンディングツール２５そのものの振幅が測定できるために、装置を安定化し、維持管理を実施することが可能になる。
【００３２】
このような構成によれば、バンプ付きの半導体チップ２６を、アルミニウムなどの柔らかい材料による蒸着膜２２上で、振幅をかけてやることによって、ボンディングツール２５の、チップ吸着面とチップ裏面との間の滑りを含め、あるいはまた滑りを含めない状態での、半導体チップ２６の振幅あるいはボンディングツール２５の振幅を測定することが可能になる。また必要に応じて半導体チップ２６のバンプ２７の材料を、実際のはんだ系の材料にしたり、インターポーザ基板２１上の柔らかい膜２２を実際のはんだ膜等にすることによって、より現実に近い状態での振幅の測定を必要に応じて行なうことが可能になる。
【００３３】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えばインターポーザ基板２１、蒸着膜２２、バンプ２７等の材料については各種の組合わせが可能である。またボンディングツール２５によって加えられる振動数についても、実際に接合に用いる振幅に応じて、各種の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明は、インターポーザ基板上に半導体チップをフリップチップ実装するフリップチップボンダにおける、ボンディングツールの振幅測定に簡易的かつ現実的に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ボンディングツールによって振動を与えた時の半導体チップの振幅を測定する状態を示す要部縦断面図である。
【図２】柔らかい蒸着膜上に形成された傷を示す平面図である。
【図３】半導体チップを介してボンディングツールの振幅を測定する状態を示す要部縦断面図である。
【図４】従来のフリップチップボンダにおけるボンディングツールの振幅測定の動作を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…ボンディングツール、２…半導体チップ、３…金メッキ層、４…金バンプ、５…ステージ、６…インターポーザ基板、７…電極、１１、１２…レーザ光、２０…ステージ、２１…インターポーザ基板、２２…蒸着膜（アルミニウム）、２５…ボンディングツール、２６…半導体チップ、２７…金バンプ、３０…チップ固定ピン、３２…傷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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